化工实验报告-传热系数的测定

1、太原师范学院实 验 报 告Experimentation Report of Taiyuan teachers College报告内容一、实验目的 四、实验方法二、实验原理 五、实验记录及数据处理三、实验仪器及材料 六、误差分析及讨论系部： 化学系 年级： 大四 课程：化工实验 姓名： 学号： 日期：2012/10/15 项目: 气体强制对流传热系数的测定 一、实验目的：1.熟悉传热设备；2.了解传热原理和强化传热途径，分析热交换过程的影响因素；3.测定热流体空气与冷流体水在并流和逆流条件下的总传热系数K；4.测定努赛尔数Nu和雷诺数Re之间的关系，确定他们的关联式。二、实验原理：传热过程按其

2、方式可分为热导传热、对流传热和辐射传热三种。在工业生产上的传热过程中，按冷流体和热流体的接触方式可分为直接接触式、间壁式和蓄热式三种。本实验采用的单套管式换热器为间壁式传热，其热流体为热空气，冷流体为水，热空气与水在套管内进行传热，传热方程为：q=K*A*tm式中：q为传热速率（W）；K为总传热系数（W*m-2*k-1）A为热空气水间的传热面积（套管换热器的内管平均面积A=*dm*L，dm为内管内外径的平均值，L为套管换热器套管的长度）；tm 为热空气与冷却水间的平均温度差【tm =（t1 +t2 ）/ (lnt1 -lnt2 )，或K】，t1 和t2 分别为换热器两端的温度差。在稳定传热过程

3、中，热流体热空气通过换热器壁面将热量传给冷流体水，捂热量损失，两流体也未发生相变化，冷流体吸收热量与热流体放出热量相等，因此，传热速率衡算式为：=WgCp(T1-T2)式中：Wg 为空气的质量流量（Kg*S-1）Cp 为空气的比热容（KJ*Kg*K-1）T1 ，T2 分别为热流体俄进口和出口温度（或K）根据传热关系，传热系数是由以下几个分热阻的倒数组成，即式中：a1、a2分别为热空气和冷却水的给热系数（W*m-2*k-1）d1、d2分别为内管的内径和外径（m）, 为内管的壁厚（m）;为内管的导热系数（W*m-2*k-1）。因冷却水的给热系数a2 较大，d1 / (a2* d2 )值较小；值较大

4、，d1 /dm 值也较小，故d1 / (a2* d2 )和d1 /dm 可略去。于是，可认为空气在圆管内作强制对流的给热系数a1 近似为热空气与冷却水之间的总传热系数，即K= a1 。当热空气在圆形直管中作强制湍流流流动时，传热系数（给热系数）的关联式可写为：Nu=A*Rem*Prn式中：Nu为努赛尔数，表达式为Nu=a*d/；Re为雷诺数，表达式为Re=du /Pr为普兰特数，表达式为Pr= Cp*/A为系数；m、n为雷诺数的指数和普兰特数的指数 。空气的努赛尔数受给热系数a的影响，雷诺数又受空气在管内流速的影响，在很高温度和压力下，普兰特数变化很小，可近似认为它是一个常数，因此，可改写为：

5、Nu=B*Rem式取对数后为LgNu=LgB+m*LgRe当空气流速改变后，它们原有的热平衡关系被打破，数值也随之发生变化，Nu亦随Re的改变而改变。通过实验可测出不同条件下的空气的给热系数a与流速u，就能计算出Nu和Re。以Nu为纵坐标，Re为横坐标，在双对数坐标上作出它们的关系图，关系图的斜率为截距为LgB，将求得的B，m值代入式中，即得出给热准数关联式。三、实验步骤：1熟悉实验装置及流程，检查设备，做好操作前的准备工作。2全开冷却水阀门，降水通入换热气中；打开鼓风机，打开空气控制阀门，将空气通入实验装置的电加热器中。3接通加热器电源，将电压调至，并始终保持电压稳定，当空气被加热后，在套管

6、换热器上的进口温度测量点上显示温度为100-120左右（在稳定状态下，3min内热空气温度变化不超过1）时，开始在流量计上读取数值。热流体空气和冷流体冷却水的进、出口温度直接从装置上的各测量点读取。4.逐渐由大到小调节空气控制阀门，改变空气流量6-8次，每次改变流量后，稳定3-5min后，按步骤3读取相关数据。5.完成所有数据测量后，将调压器上的电压指示调至零处，切断加热电源；继续通气、通水约5mi后关闭鼓风机，最后关闭冷却水阀门。四、数据记录及处理1、 实验数据记录序号空气流量（m3/h)气体进口温度()气体出口温度()水的进口温度()水的出口温度()12199.827.5 19.526.9

7、218100.426.4 19.424.6316100.325.8 19.223.4413100.325.4 19.122.3510100.325.0 19.0 22.0 67100.524.9 19.0 21.37410024.6 18.820.42、 实验数据处理序号空气流量（m3/s) tm()总传热系数（J/m2sK)RelgReNulgNu10.005829.2630 18.1837 46854 4.6707 8.1827 0.9129 20.0050 28.8810 16.3766 40343 4.6058 7.3695 0.8674 30.0044 28.6304 14.0056

8、 33973 4.5311 6.3025 0.7995 40.0036 28.4958 11.4946 27603 4.4410 5.1726 0.7137 50.0028 28.1456 8.9999 21233 4.3270 4.0499 0.6074 60.0019 28.2246 6.3073 14863 4.1721 2.8383 0.4531 70.0011 28.1770 3.6007 8493 3.9291 1.6203 0.2096 五、误差分析影响给热系数的主要因素： （1） 液体的状态：气体、液体、蒸气及传热过程是否有相变化等； （2） 液体的物理性质：如密度、比热容、粘度及导热系数； （3） 液体的流动形态：层流或湍流； （4） 液体对